双端队列问题和索引运算符超出双端队列大小答案

【问题标题】：issues with deques and exceeding deque size with index operator双端队列问题和索引运算符超出双端队列大小
【发布时间】：2015-01-13 15:29:26
【问题描述】：

C++ 中的双端队列有一个奇怪的问题。假设我有一个大小为 4 的双端队列。出于某种原因，当使用索引运算符时，我似乎能够超过双端队列的大小。换句话说，如果我编写以下代码，编译器和执行中的程序都不会出错：

for(int i = 0; i < 7; i++)
{
    x[i] = (double)(i*i);
    cout << x[i] << endl;
}

x 是双端队列。我实际上能够从中获得输出。它不会增加双端队列的大小。如果我输出 x.size()，我仍然得到 4。是什么赋予了？我正在使用 Code::Blocks 和它附带的标准默认 gcc 编译器。

【问题讨论】：

越界就是调用未定义的行为，此时您的程序可以执行任何操作，包括擦除硬盘驱动器。
普通数组也会发生同样的事情。你为什么感到惊讶？
neither the compiler 编译器如何知道只有 4 项？ nor the program at execution will barf if I write the following我会问你——你所说的“执行会失败”是什么意思？如果你不能回答那个问题，那么你的不回答就是的答案。当你做这样的事情时，没有人知道程序会做什么。这就是你所说的“未定义行为”。
通常，当我过去处理过这个问题时，编译器会抱怨，或者程序会在运行时给我一些异常。这也没有。对于大小为 4 的双端队列，从 i = 0 到 6，它返回：x[0] = 0, x[1] = 1, x[2] = 4, x[3] = 9, x[ 4] = 16，x[5] = 25，x[6] = 36。

标签： c++ stl deque

【解决方案1】：

operator[] 不进行边界检查，就像使用原始数组时一样。 at 成员函数可以，如果您改为使用

x.at(i);

如果超出deque 的界限，您将收到std::out_of_range 异常。如果您通过内存错误检查器（如 valgrind）运行原始代码，您将看到“无效读取”和“无效写入”错误。

如果您查看cppreference's docs on operator[]，您会看到注释“未执行边界检查”。

不过the docs for at()说

如果 pos 不在容器的范围内，则抛出 std::out_of_range 类型的异常

容器越界是未定义的行为。如果您使用不确定是否在边界内的索引进行访问，则您的工作是检查它是否是，或者使用 at 并可能处理异常。

【讨论】：

【解决方案2】：

索引越界会产生未定义的行为，因此任何事情都可能发生。

许多容器会将当前大小四舍五入到某个方便的值（例如，2 的幂），因此根据当前大小，您将在集合中的最后一项之后拥有一些内存量。对该内存进行索引并尝试读取它会产生一些结果，但内存通常是未初始化的，因此结果通常是无意义且无效的（尽管大多数情况下，容器可以进行边界检查并抛出异常或几乎任何其他索引超出范围）。

IMO，at 是一个相当糟糕的工具来处理这种可能性。避免此类问题的更好方法是基于范围的for 循环：

for (auto &d : x) {
    d = d * d;
    std::cout << d << "\n"; // avoid `endl`, which flushes the stream.
}

另一种可能性是使用标准算法：

std::transform(x.begin(), x.end(), x.begin(), [](double d) { return d*d; });
std::copy(x.begin(), x.end(), std::ostream_iterator<double>(std::cout, "\n"));

还有基于范围的算法（例如，Boost 中的一组，至少还有一个建议用于未来的 C++ 标准），它（做/将）允许以下一般顺序：

copy(x, output_range<double>(std::cout, "\n"));

由于它自己计算出x 的范围，因此该范围的代码中没有错误，因此几乎不可能以这种方式意外索引超出范围。

【讨论】：